CN104854768A - 不透流体的线馈通件 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于将导电体（2）引入至高压腔室中的不透流体的线馈通件（1），线馈通件包括外壳（4）和穿过所述外壳（4）的导电体（2）。陶瓷绝缘体（3）定位在所述外壳（4）与所述导电体（2）之间。所述陶瓷绝缘体（3）被划分为面向所述导电体（2）的第一绝缘体区段（7）和面向所述外壳（4）的第二绝缘体区段（8），进而形成圆锥形分离平面（6），并且由导电材料制成的接头（9）定位在所述两个区段（7、8）之间，所述接头连接至所述两个区段（7、8）和所述外壳（4）。

Description

不透流体的线馈通件

技术领域

本发明涉及根据权利要求1的前序部分所述的不透流体的线馈通件（Leitungsdurchführung）。

背景技术

从实践中已经知道，借助于穿过压力容器的壁的不透流体的线馈通件向定位在压力容器中的驱动单元提供电能。因此，常见的是例如借助于定位在填充有天然气的压力容器中的驱动电机来驱动压缩机从而运输天然气，所述压缩机同样布置在压力容器中以便进行压缩并且在这个过程中将通过压缩机运输的天然气液化。对于驱动电机而言，必须通过电线从外部引入电能到压力容器中，而借助于不透流体的线馈通件，可以确保天然气不会从压力容器逸出到压力容器周围的区域中。

根据EP 1 675 241 A1，已知一种不透流体的线馈通件，其中所公开的线馈通件包括相对于压力容器的壁密封的外壳，并且其中导电体在外壳中延伸，所述导电体用于向定位在压力容器中的驱动单元提供电能。

虽然目前已知的线馈通件确保导电体在一定程度上不透流体地馈通到高压腔室中以用于向定位在高压腔室中的耗电装置提供电能，但是这些线馈通件有许多缺点。

因此，目前已知的不透流体的线馈通件有以下缺点：可能发生将损害运作安全性的不期望的电气部件放电或电击穿。另外，目前已知的不透流体的线馈通件可具有以下缺点：所述不透流体的线馈通件在一定程度上允许气体（例如氧气、氢气、氦气、二氧化碳、氮气、烃类和微量气体）渗透，因此线馈通件的密封度是有局限的。另外，可能通过线馈通件的个别组件之间的机械应力和热应力形成泄漏。另外，就通过实践已知的不透流体的线馈通件来说，当线馈通件的个别组件出现机械故障时会存在问题，例如，导电体分离并且能够由于高压腔室中的高压而像子弹一样进入周围区域。

发明内容

据此入手，本发明以创造一种新型线馈通件的目标为基础。所述目标通过根据权利要求1所述的线馈通件得到解决。根据本发明，陶瓷绝缘体定位在外壳与导电体之间，其中所述陶瓷绝缘体通过形成圆锥形分离平面，被划分为面向导电体的第一绝缘体区段和面向外壳的第二绝缘体区段，并且其中在所述两个区段之间定位有导电材料的接头，所述接头连接至所述两个区段和外壳。

因为根据本发明的线馈通件包括划分为二的陶瓷绝缘体且所述陶瓷绝缘体的分离平面成圆锥形地成型于两个绝缘体区段之间，所以关于线馈通件的电绝缘的功能要求以及相对于高压腔室中存在的介质的密封度的功能要求可以在功能上分离并且可以同时得到满足。

陶瓷绝缘体阻止气体渗透线馈通件并且因此具有更好的密封特性。将陶瓷绝缘体通过形成圆锥形分离平面划分为两个绝缘体区段，会另外使得机械压力以最佳方式引导到线馈通件的外壳上。两个绝缘体区段的分离表面的圆锥形外形与以夹心状定位在两个区段之间的导电材料的接头相结合，另外在线馈通件中提供最佳电场线引导，因此可以避免电气部件放电或电击穿。

因此，根据本发明的线馈通件避开了现有技术的缺点。

根据有利的进一步发展，面向导电体的第一绝缘体区段与导电体之间形成间隙，所述间隙的数量级介于0.01 mm与0.1 mm之间，特别地，数量级介于0.03 mm与0.05 mm之间。

通过调整导电体与绝缘体之间的这个限定的间隙，可以避免由线馈通件的相应元件的不同热膨胀引起的热应力以及机械应力。

优选的是，面向导电体的第一绝缘体区段在面向导电体的内表面上被金属化。

另外，特别是结合面向导电体的第一绝缘体区段的内表面的金属化，可以因此避免间隙中的电气部件放电。这些部件放电可能最终导致电击穿。

根据另一有利的进一步发展，导电体、陶瓷绝缘体和外壳具有台阶式直径。导电体在高压腔室侧部段上的一个部段上的外直径大于在低压腔室侧部段上的外直径，使得导电体的高压腔室侧部段接合在陶瓷绝缘体的高压腔室侧部段后方。外壳在高压腔室侧部段上的内直径大于在低压腔室侧部段上的内直径，使得外壳的低压腔室侧部段接合在陶瓷绝缘体的中间部段后方。

导电体、陶瓷绝缘体和外壳的此台阶式直径确保当线馈通件出现机械故障时，线馈通件的部件或组件不会像子弹一样进入周围区域。在线馈通件出现机械故障的情况下，确切地说所述外壳将陶瓷绝缘体还有导电体都保持在合适位置。

根据另一个有利的进一步发展，具有非常好的耐化学性、耐高温性、凝固后高弹性和高介电强度的第一铸造化合物位于高压腔室侧端上，其中所述第一铸造化合物分段包围所述陶瓷绝缘体和所述导电体。建议的是使用载有粉状无机绝缘体系统（例如，Al₂O₃或TiO₂）的第一铸造化合物（例如，环氧树脂或聚氨酯）。低压腔室侧端上有具有耐高温性、凝固后高弹性和高介电强度的特性的第二铸造化合物（例如，硅），其中所述第二铸造化合物分段包围所述陶瓷绝缘体和所述导电体。

在线馈通件的高压腔室侧端使用第一铸造化合物以及在线馈通件的低压腔室侧端使用第二铸造化合物会提高线馈通件的密封度。

附图说明

本发明的优选的进一步发展自从属权利要求和以下说明书获得。本发明的示例性实施例借助于附图得到更为详细的解释，但是并不局限于此。如下所示：

图1为根据本发明的线馈通件的示意性横截面图。

具体实施方式

本发明涉及用于馈送导电体通过压力容器的壁的电线馈通件，其中压力容器的壁将低压腔室或压力容器外的周围区域与压力容器中的高压腔室分隔开。借助于线馈通件，可以向诸如像定位在压力容器中的电驱动件的耗电装置提供电能。

图1示出穿过根据本发明的不透流体的线馈通件1的示例性实施例的横截面的简图，所述不透流体的线馈通件1用于将导电体2馈送通过压力容器的壁，所述压力容器的壁将低压腔室或周围区域与高压腔室分隔开，其中径向地位于外部的所述导电体2被电绝缘体3分段包围，并且其中径向地位于外部的电绝缘体3被线馈通件1的外壳4分段包围。

电线馈通件1通过外壳4可以插入到压力容器的壁中，其中外壳4中的凹槽5用于接收密封环，以便相对于压力容器的壁密封线馈通件1的外壳4。

定位在外壳4与导电体2之间的绝缘体3具体实施为陶瓷绝缘体，所述陶瓷绝缘体优选地由氧化铝陶瓷制成。此陶瓷绝缘体3阻止气体渗透，特别是诸如像H₂S和Hg的烃类和微量气体，以使得不会有因为渗透而导致来自压力容器的高压腔室的这些气体进入压力容器的低压腔室区域或周围区域的任何危险。

陶瓷绝缘体通过形成圆锥形分离平面6，被划分为两个绝缘体区段，也就是分为面向导电体2的第一绝缘体区段7和面向外壳4的第二绝缘体区段8。导电材料的接头9在这两个绝缘体区段7与8之间延伸，至少在此分离平面6的区域中延伸。优选的是，此接头9由铜或铜合金制成。

借助于通过形成圆锥形分离平面6将陶瓷绝缘体3划分为两个绝缘体区段7和8，能够以最佳方式将作用在绝缘体3和/或导电体2上的压力引导到外壳4上。因此线馈通件1允许很好地将机械压力引导到外壳4上，并且因此对机械应力或载荷不敏感。

在两个绝缘体区段7与8之间的圆锥形分离平面6的区域中延伸的接头9以夹心状接收在绝缘体区段7与8之间，其中以夹心状接收在绝缘体区段7与8之间的导电材料的接头9确保电场线引导，所述电场线引导将高电压技术的外围条件纳入考虑，从而避免电气部件放电和电击穿。特别是在陶瓷绝缘体的区域中，最佳电场线引导得到保证。

陶瓷绝缘体3的两个绝缘体区段7和8的限定圆锥形分离平面6的分离表面10被金属化，也就是被提供金属涂层，其中导电材料的接头9通过两个绝缘体区段7和8的金属化分离表面10被钎焊连接至陶瓷绝缘体3。这确保接头9以最佳方式连接至陶瓷绝缘体3的两个绝缘体区段7和8，也就是需避免因连接产生的机械应力和热应力。因为如此，不透流体的线馈通件1因此变得对热交变应力和机械应力不敏感。

接头9在两个绝缘体区段7与8之间延伸，不仅在分离平面6的区域中延伸，而且有一部段延伸至分离平面6的外部，其中接头9的延伸至分离平面6的外部的部段通过焊接也就是形成焊缝11连接至外壳4的部段。位于接头9与外壳4之间的此焊接的连接11在外壳4的高压腔室侧端的区域中实现。

在图1中，线馈通件1的高压腔室侧端标记成附图标记12，并且线馈通件1的低压腔室侧端标记成附图标记13。

在此情况下，线馈通件1的高压腔室侧端12与导电体2的高压腔室侧端重合。线馈通件1的低压腔室侧端13与导电体2的低压腔室侧端重合。

陶瓷绝缘体3的高压腔室侧端12'和陶瓷绝缘体3的低压腔室侧端13'各自相对于导电体2的高压腔室侧端12和低压腔室侧端13向后移，以使得导电体2因此相对于陶瓷绝缘体3在两侧上突出。同样，外壳4的高压腔室侧端12"和外壳4的低压腔室侧端13"分别相对于陶瓷绝缘体3的高压腔室侧端12'以及相对于陶瓷绝缘体3的低压腔室侧端13'向后移，以使得因此陶瓷绝缘体3相对于外壳4在两侧上突出。

优选的是，具有限定的间隙尺寸X的间隙17形成在陶瓷绝缘体3的面向导电体2的第一绝缘体区段7与导电体2之间，所述间隙17的数量级介于0.01 mm与0.1 mm之间，特别地，数量级介于0.03 mm与0.05 mm之间。

陶瓷绝缘体也就是陶瓷绝缘体的面向导电体2的第一绝缘体区段7被金属化，也就是在面向导电体2的内表面14上涂覆金属涂层。因为如此，特别是因热交变载荷产生的热应力被避免，同时另一方面，电场线的电场线引导可以因此得到改善。

根据本发明的有利的进一步发展，导电体2、陶瓷绝缘体3和外壳4具有台阶式直径。导电体2在高压腔室侧部段上的外直径大于在低压腔室侧部段上的外直径，也就是以此方式，导电体2的高压腔室侧部段接合在陶瓷绝缘体3的高压腔室侧部段后方。

因此，根据图1明显的是，导电体2的外直径的这个直径阶跃在陶瓷绝缘体3的高压腔室侧端12'的区域中发生，其中导电材料的另一接头15定位在导电体2与陶瓷绝缘体3之间的此区域中。

导电材料的此另一接头15在横截面上成L型角度，其中陶瓷绝缘体3的面向所述另一接头15的面在陶瓷绝缘体3的高压腔室侧端12'上被金属化，以便通过钎焊在陶瓷绝缘体13与所述另一接头15之间提供良好的连接，和在接头9与两个绝缘体区段7和8之间的在圆锥形分离表面6的区域中的钎焊连接一样，所述连接对于热交变应力不敏感。

如已经解释，接头9不仅通过钎焊至陶瓷绝缘体3的两个绝缘体区段7和8而连接在圆锥形分离表面6的区域中，而且通过在外壳4的高压腔室侧端12'的区域中焊接至外壳4而连接在该区域中。

同样，另一接头15不仅通过钎焊连接至陶瓷绝缘体3的第一绝缘体区段7，而且另外通过焊接至导电体2而连接至第一绝缘体区段7，其中在图1中，导电体2与另一接头15之间的焊接连接标记为附图标记18。

导电体2与另一接头15之间的焊接连接18因此发生在导电体2的具有较大外直径的高压腔室侧部段的区域中。

另外，外壳4具有台阶式直径，其中高压腔室侧部段上的外壳4的内直径比低压腔室侧部段上的内直径大。外壳4的内直径的此直径阶跃发生在陶瓷绝缘体3或外壳4的中间部段19的区域中，其中外壳4的低压腔室侧部段接合在陶瓷绝缘体3的内直径较小的中间部段19后方。

导电材料的元件20布置在陶瓷绝缘体3与外壳4的对应表面之间，所述元件20的任务是抵消外壳4与绝缘体3之间的表面不规则性，以使得绝缘体3中不会出现不允许的机械应力。

通过导电体2、陶瓷绝缘体3和外壳4的上述直径阶跃，可以确保当线馈通件1出现机械故障时，导电体2以及陶瓷绝缘体3各自保持在其自身位置中且不会因为高压腔室中的高压力而像子弹一样进入周围区域，并且不会伤害周围区域中存在的人员或损坏位于周围区域中的物体。

除了已经提及的导电体2、陶瓷绝缘体3、外壳4、在每种情况下的导电材料的两个接头9、15和元件20之外，线馈通件1包括两个铸造化合物，也就是位于高压腔室侧端上的第一铸造化合物21（例如，由环氧树脂制成），其中此第一铸造化合物21在高压腔室侧端12和12'处分别径向地在外部分段包围陶瓷绝缘体3和导电体2。第二铸造化合物22（例如，由硅制成）定位在低压腔室侧端上并且分别在低压腔室侧端13和13'上分段包围陶瓷绝缘体3和导电体2。

在高压腔室侧端的区域中的第一铸造化合物21具有良好的耐化学性、耐高温性、低体积收缩性、低水溶性和高介电强度。在低压腔室侧端上的第二铸造化合物22具有耐高温性、低粘性和高介电强度。

如上面已经解释，导电体2、陶瓷绝缘体3和外壳4的台阶式直径是有利的，以便在线馈通件发生机械故障的情况下将线馈通件的个别组件保持在适当位置中，以便进而避免个别组件因高压腔室中存在的高压而像子弹一样以不受控制的方式进入周围区域。

根据本发明的线馈通件的另一个优势在于，线馈通件因其设计实施例而仅暴露于低应力特别是剪切应力，因为机械载荷以及热载荷保持得较低。

因此，接头9和接头15焊接至外壳4和导电体2分别以低应力和材质结合的方式发生，而接头9与钢套管的材质结合的连接在接头的顶部和侧部发生并且另外连接至导电体2。

以优选方式发生的焊接需使用还原氩氛通过激光焊接，以便防止氧化。可避免在接头9、15与外壳4和导电体2之间分别形成焊接连接11和18期间形成所谓的气孔和其它焊接缺陷。焊接连接11和15的特征在于，其具有相对于气体的高密封度和低泄漏率（例如针对氦气而言，通常低于1*10^-9毫巴/秒^-1）。

接头9与绝缘体3之间的钎焊连接以及另一接头15与绝缘体3之间的钎焊连接通过陶瓷绝缘体3的区域中被适当金属化的表面发生，因此线馈通件1的对应个别部件的连接期间的机械应力可同样避免。钎焊在高真空条件下实现。这样，需通过钎焊结合的部件上的气体夹杂或气窜可避免。

钎焊连接和焊接连接的特征在于，其具有相对于气体渗透的高密封度和低泄漏率。

利用铸造化合物21和22进行铸造同样在真空条件下发生，因此可避免铸造化合物中的气泡。另外，确保相应铸造化合物21、22还可进入外壳4与陶瓷绝缘体3之间的狭窄通道以及接头与陶瓷绝缘体3之间的狭窄通道。另外，这对于电场线引导具有有利影响，因为对电场线引导具有负面作用的气泡被避免。

另外，根据本发明的线馈通件1的特征在于其具有最佳电场线引导，借助于所述最佳电场线引导可避免电气部件放电和电击穿。在此连接中，两个绝缘体区段7与8之间的圆锥形分离平面6以及接头9在两个绝缘体区段7与8之间的分离平面6的区域中的夹心状定位从一方面来说是重要的。因为如此，可确保陶瓷绝缘体3中的最佳场线引导。

陶瓷绝缘体3优选地由氧化铝陶瓷构成。导电体2优选地由铜构成。外壳4优选地由不锈钢构成。衔铁9和15优选地由铜或铜合金制成。当制作钎焊连接时，优选地采用共熔Ac/Cu焊料。元件20与两个接头9和15类似，优选地由铜或铜合金构成。以一种方式选择用于根据本发明的线馈通件的个别组件的材料，以使得线馈通件1中的机械应力和热应力极低。陶瓷绝缘体通过元件20在外壳4的机械安装以及两个接头9、15的机械安装防止陶瓷绝缘体3上出现不允许的拉伸应力，所述拉伸应力可能因为机械载荷和热交变载荷而出现。

优选地，所有部件也就是导电体2、接头9和15以及元件20均由涂覆有镍的铜制成。因为如此，这些组件的耐腐蚀性且因此不透流体的线馈通件1的耐腐蚀性可以得到提高。铜部件的此镍涂层至少在可直接或间接与压力容器的高压腔室中的气体介质接触的表面上实现。

附图标记列表

1        线馈通件

2        导电体

3        陶瓷绝缘体

4        外壳

5        凹槽

6        分离平面

7        绝缘体区段

8        绝缘体区段

9        接头

10      分离表面/金属化

11      焊缝

12      高压腔室侧端

12'     高压腔室侧端

12"    高压腔室侧端

13      低压腔室侧端

13'     低压腔室侧端

13"    低压腔室侧端

14      内面

15      接头

16      面/金属化

17      间隙

18      焊缝

19      中间部段

20      元件

21      铸造化合物

22    铸造化合物。

Claims (14)

1.一种用于将导电体（2）引入至高压腔室中的不透流体的线馈通件，所述线馈通件具有外壳（4）和穿过所述外壳（4）的导电体（2），其特征在于，陶瓷绝缘体（3）定位在所述外壳（4）与所述导电体（2）之间，其中，所述陶瓷绝缘体（3） 通过形成圆锥形分离平面（6）而细分为面向所述导电体（2）的第一绝缘体区段（7）和面向所述外壳（4）的第二绝缘体区段（8），并且其中，导电材料的接头（9）定位在所述两个区段（7、8）之间，所述接头（9）连接至所述两个区段（7、8）和所述外壳（4）。

2.根据权利要求1所述的线馈通件，其特征在于，所述圆锥形分离平面（6）的分离表面（10）被金属化，并且，所述接头（9）通过钎焊连接至所述陶瓷绝缘体（3）的所述分离表面（19）。

3.根据权利要求1或2所述的线馈通件，其特征在于所述接头（9）通过焊接连接至所述外壳（4）。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的线馈通件，其特征在于，面向所述导电体（2）的所述第一绝缘体区段（7）与所述导电体（2）之间形成间隙（17），所述间隙的数量级介于0.01 mm与0.1 mm之间，特别地，数量级介于0.03 mm与0.05 mm之间。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的线馈通件，其特征在于，面向所述导电体（2）的所述第一绝缘体元件（7）在面向所述导电体（2）的内表面（14）上被金属化。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的线馈通件，其特征在于，所述导电体（2）、所述陶瓷绝缘体（3）和所述外壳（4）具有台阶式直径。

7.根据权利要求6所述的线馈通件，其特征在于，所述导电体（2）在高压腔室侧部段上的外直径比在低压腔室侧部段上的外直径更大，使得所述导电体（2）的高压腔室侧部段接合在所述陶瓷绝缘体（3）的高压腔室侧部段后方的高压腔室侧上，并且，所述外壳（4）在高压腔室侧部段上的内直径比在低压腔室侧部段上的内直径更大，使得所述外壳（4）的所述低压腔室侧部段接合在所述陶瓷绝缘体（3）的中间部段后方的低压腔室侧上。

8.根据权利要求7所述的线馈通件，其特征在于，导电材料的另一接头（15）定位在所述导电体（2）的所述高压腔室侧部段与所述陶瓷绝缘体（3）的所述高压腔室侧部段之间，所述另一接头（15）连接至所述陶瓷绝缘体（3）和所述导电体（2）。

9.根据权利要求8所述的线馈通件，其特征在于，所述陶瓷绝缘体（3）在面向所述另一接头（15）的面（16）上被金属化，并且，所述另一接头（9）通过钎焊连接至所述陶瓷绝缘体（3）的该面（16）。

10.根据权利要求8或9所述的线馈通件，其特征在于，所述另一接头（15）通过焊接连接至所述导电体（2）。

11.根据权利要求7至10中任一项所述的线馈通件，其特征在于，导电元件（20）定位在所述外壳（4）的所述低压腔室侧部段与所述陶瓷绝缘体的所述中间部段之间。

12.根据权利要求1至11中任一项所述的线馈通件，其特征在于位于高压腔室侧端上的由环氧树脂形成的第一铸造化合物（21），其中，所述第一铸造化合物（21）分段包围所述陶瓷绝缘体（3）和所述导电体（2）。

13.根据权利要求1至12中任一项所述的线馈通件，其特征在于位于低压腔室侧端上的由硅形成的第二铸造化合物（22），其中，所述第二铸造化合物（22）分段包围所述陶瓷绝缘体（3）和所述导电体（2）。

14.根据权利要求1至13中任一项所述的线馈通件，其特征在于，所述接头或每一接头（9、15）由铜材料构成。